DE2700587A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED I HIGH 2 L STORAGE CELL - Google Patents
MONOLITHICALLY INTEGRATED I HIGH 2 L STORAGE CELLInfo
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Description
Deutsche ITT Industries «Jmbll Aung San U - 3German ITT Industries «Jmbll Aung San U - 3
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str.19 Pat. Go/Be78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Pat. Go / Be
4. Januar 19 77January 4, 19 77
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNGDEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY
FREIBURG I.B.FREIBURG I.B.
Die Priorität der Anmeldung Nr. 649 305 vom 15. Januar 19 76 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.The priority of application no. 649 305 filed January 15, 1976 in the United States of America is claimed.
Die Erfindung beschäftigt sich mit einer monolithisch integrierten bipolaren Speicherzelle der integrierten Injektions-The invention deals with a monolithically integrated bipolar storage cell of the integrated injection
2 n 2 n
logik (I L) , insbesondere mit einer I L-Speicherzelle, in der sowohl Verwendung von einem vertikal wirksamen als auch lateral wirksamen Injektor gemacht wird.logic (I L), in particular with an I L memory cell in the use of both a vertically acting and a laterally acting injector is made.
ο Bekannt sind zwei Grundformen von I L-Speicherzellen, die jedoch unterschiedlich sind. Die erste wird in dem Artikel "Superintegrated Memory Shares Functions on Diffused Islands" von S.K. Wiedmann und H.H. Berger in der Zeitschrift "Electronics", vom 14. Februar 1972, auf Seite 83 beschrieben. Sie besteht ausο Two basic forms of I L memory cells are known, but they are are different. The first is discussed in the article "Superintegrated Memory Shares Functions on Diffused Islands" by S.K. Wiedmann and H.H. Berger in the journal "Electronics", February 14, 1972, on page 83 described. it consists of
2
zwei Doppelkollektor-I L-Zellen, die sich denselben Injektor
teilen. Die Basis jeder Zelle ist überkreuz mit dem Kollektor der anderen Zelle verbunden. Der verbleibende Kollektor jeder2
two double collector IL cells sharing the same injector. The base of each cell is cross-connected to the collector of the other cell. The remaining collector each
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Fl 92 3 Aung San - 3Fl 92 3 Aung San - 3
Zelle dient als Lese/Schreib-Eingangs/Ausgangs-Anschluß. Die Auslegung dieser Schaltung in einer wortorganisierten Matrix zeigt gewisse Nachteile. Zum ersten nimmt der p-dotierte Emitter (Injektor) Raum ein, der letzten Endes die Dichte vermindert. Zum zweiten muß die an den Injektor angelegte Spannungsquelle an alle p-dotierte Emitter eines Wortes mittels eines während eines zweiten Metallisierungsprozesses aufgebrachten Metallstreifens angelegt werden.Cell serves as a read / write input / output port. the Designing this circuit in a word-organized matrix shows certain disadvantages. First, take the p-doped emitter (Injector) space, which ultimately reduces the density. Second, the voltage source applied to the injector must be used to all p-doped emitters of a word by means of a metal strip applied during a second metallization process be created.
Ein zweiter Typ einer I L-Zelle wird in "Injection-Coupled Memory:A High-Density Static Bipolar Memory" von S.K. Wiedmann in "IEEE Journal of Solid-state Circuits", Bd. SC-8, Nr. 5 (Oktober 1972) Seite 332 beschrieben. Die Speicherzelle bestehtA second type of IL cell is called "Injection-Coupled." Memory: A High-Density Static Bipolar Memory "by S.K. Wiedmann in "IEEE Journal of Solid-state Circuits", Vol. SC-8, No. 5 (October 1972) page 332. The memory cell exists
2
aus zwei Einfachkollektor-I L-Zellen, welche sich einen Injektor
teilen und einen besonderen Injektor zur Ausführung der Lese/ Schreib-Eingangs/Ausgangs-Funktionen aufweisen. Pro Zelle sind
somit insgesamt drei Injektoren erforderlich. Zur Vermeidung des Problems der zweifachen Metallisierung wird die Ausbildung
dieser Zelle insofern abgewandelt, als die Lese/Schreib-Injektoren
zwischen zwischen benachbarten Zellen derselben Wortleitung aufgeteilt sind. Aufgrund der vielfältigen Aufgaben der Lese/
Schreib-Injektoren erfordert dies komplizierte Decodierungs*-
verfahren.2
made up of two single-collector IL cells, which share an injector and have a special injector for performing the read / write input / output functions. A total of three injectors are therefore required per cell. To avoid the problem of double metallization, the design of this cell is modified to the extent that the read / write injectors are divided between adjacent cells of the same word line. Due to the diverse tasks of the read / write injectors, this requires complicated decoding * processes.
Aufgabe der Erfindung ist eine raumsparende bibolare I L-Speicherzelle, deren Herstellung nur einen einzigen Metallisierungsprozeß erfordert. The object of the invention is a space-saving bibolar I L storage cell, the manufacture of which requires only a single metallization process.
2
Die bipolare I L-Speicherzelle nach der· Erfindung soll ferner
eine exclusive Lese/Schreib-Fähigkeit bewahren, wodurch die Komplexität vermindert ist.2
The bipolar IL memory cell according to the invention is also intended to retain an exclusive read / write capability, which reduces the complexity.
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte I L-Speicherzelle, die über eine Lese-Schreib- und eine Schreib-Lese-Leitung angesteuert wird, mit zwei über eine Injektorzone stromversorgteThe invention relates to a monolithically integrated I L memory cell, which is controlled via a read-write and a read-write line, with two powered by one injector zone
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-Qr- Fl 923 Aung San U - 3 -Qr- Fl 923 Aung San U - 3
Planartransistoren, welche mindestens je eine an der Halbleiteroberfläche liegende Kollektorzone aufweisen, von denen die Kollektorzone jedes einen der beiden Planartransistoren überkreuz mit der Basiszone des anderen galvanisch verbunden ist, sowie mit Basiszonen des einen Leitungstyps, die in die Oberfläche einer Schichtzone des anderen Leitungstyps auf einer Substratzone des einen Leitungstyps eingesetzt sind.Planar transistors, each of which has at least one on the semiconductor surface Have lying collector zone, of which the collector zone each cross one of the two planar transistors is galvanically connected to the base zone of the other, as well as to base zones of one conduction type, which are in the surface of a Layer zone of the other conductivity type are used on a substrate zone of one conductivity type.
Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruchs 1 genannte Ausbildung gelöst.The above-mentioned object is achieved according to the invention by the training mentioned in the characterizing part of the attached claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausführungsformen der monolithisch integriertenAdvantageous embodiments of the monolithically integrated
I2L-SpeicheI 2 L-spoke
ansprüchen.claims.
I L-Speicherzellen nach der Erfindung finden sich in den Unter-I L memory cells according to the invention can be found in the sub-
Ausftihrungsbeispiele der monolithisch integrierten I L-Speicherzellen nach der Erfindung, ihfreEigenschaften uiid Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert,Exemplary embodiments of the monolithically integrated IL memory cells according to the invention, its free properties and advantages are explained below with reference to the drawing,
deren Fig. 1 die Querschnittsansicht eines ersten be-1 shows the cross-sectional view of a first loading
2
kannten Typs einer I L-Speicherzelle zeigt,2
shows the known type of an I L memory cell,
deren Fig. 2 zur Veranschaulichung der Auslegung der Speicherzelle gemäß der Fig. 1 innerhalb einer wortorganisierten Matrix dient,FIG. 2 thereof to illustrate the layout of the memory cell according to FIG. 1 within a word-organized Matrix serves
deren Fig. 3 die Schnittansicht einer ersten I L-Speicherzelle nach der Erfindung bedeutet,3 of which is the sectional view of a first I L memory cell according to the invention,
deren Fig. 4 die Auslegung der Speicherzelle gemäß der Fig. 3 in einer wortorganisierten Matrix veranschaulicht,FIG. 4 of which illustrates the layout of the memory cell according to FIG. 3 in a word-organized matrix,
deren Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines zweiten be-5 is a cross-sectional view of a second loading
2
ner I L-Speicher2
ner IL memory
709829/0718 _4_709829/0718 _ 4 _
2
kannten Typs einer I L-Speicherzelle zeigt,2
shows the known type of an I L memory cell,
Fl 923 - Aung San U - 3Fl 923 - Aung San U - 3
deren Figuren 6a und 6b Querschnittsansichten einertheir Figures 6a and 6b are cross-sectional views of a
2
zweiten I L-Speicherzelle nach der Erfindung sind und2
second I L memory cell according to the invention and
deren Fig. 7 die Auslegung der Speicherzelle gemäß der Fig. 6 innerhalb einer wortorganisierten Matrix veranschaulicht. FIG. 7 of which illustrates the layout of the memory cell according to FIG. 6 within a word-organized matrix.
Die Fig. 1 zeigt den ersten bekannten Typ einer I L-Speicherzelle, wie er in der zuerst genannten Literaturstelle beschrieben wird. Der rechte Teil der Fig. 1 ist die Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 2. Der linke Teil der Fig. 1 ist die Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 2.Fig. 1 shows the first known type of I L memory cell, as described in the first cited reference. The right part of Fig. 1 is the cross-sectional view along section line A-A of Fig. 2. The left part of Fig. 1 is the cross-sectional view along the section line B-B of Fig. 2.
In das p-dotierte Substrat 2 ist die Zwischenschicht 4 vom N -Leitungstyp diffundiert. Über die Zwischenschicht 4 wird epitaktisch die η-dotierte Schichtzone 6 aufgebracht. Das Bauelement enthält zwei laterale PNP-Transistoren und vier vertikale NPN-Transistoren. Der erste laterale PNP-Transistor enthält die als Kollektorzone wirksame erste Zone 8, die als Basiszone wirksame Schichtzone 6 und die Injektorzone 10, während der zweite laterale PNP-Transistor die als Kollektorzone wirksame zweite Zone 12, die als Basiszone wirksame Schichtzone und die Injektorzone 10 umfaßt. Der erste und der zweite vertikale NPN-Transistor enthalten die Kollektorzonen 14 bzw. 16/ die als Basiszone wirksame erste Zone 8 und die als Emitterzone wirksame Zwischenschicht 4 mit der Schichtzone 6.The intermediate layer 4 of the N conductivity type has diffused into the p-doped substrate 2. About the intermediate layer 4 is the η-doped layer zone 6 is applied epitaxially. The device contains two lateral PNP transistors and four vertical NPN transistors. The first lateral PNP transistor contains the first zone 8 which is effective as a collector zone and which is used as the Base zone effective layer zone 6 and the injector zone 10, while the second lateral PNP transistor, the second zone 12, which acts as a collector zone, and the layer zone, which acts as a base zone and the injector zone 10 comprises. The first and second vertical NPN transistors contain the collector regions 14 and 16 / die as, respectively The first zone 8, which acts as the base zone, and the intermediate layer 4, which acts as the emitter zone, with the layer zone 6.
Wird in die Injektorzone 10 Strom eingespeist so injiziert letztere Löcher in die η-dotierte Epitaxschicht. Eine beträchtliche Anzahl dieser Löcher werden von den beiden p-dotierten angrenzenden Zonen 8 und 12 gesammelt. Da eine nahezu symmetrische Struktur vorliegt, sammeln beide p-dotierte Zonen 8 und 12 etwa gleiche Stromanteile.If current is fed into the injector zone 10, the latter injects holes into the η-doped epitaxial layer. A considerable one Number of these holes are collected by the two p-doped adjacent zones 8 and 12. Because an almost symmetrical If there is a structure, both p-doped zones 8 and 12 collect approximately equal current components.
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— A —- A -
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•V• V
Die Kollektorzone 14 des ersten vertikalen NPN-Transistors wird mit der Leseleitung und die Kollektorzone 20 des vierten vertikalen NPN-Transistors mit der Schreibleitung verbunden. Selbstverständlich sind jedoch Lese- und Schreibleitungen vertauschbar. Die Leseleitung wird an die Kollektorzone über den Kontakt 22 angeschlossen, während die Schreibleitung mit der Kollektorzone 20 über den Kontakt 24 verbunden wird. Die Kollektorzonen 16 und 18 werden über die Kontakte an die gegenüberliegenden Basiszonen angeschlossen. An der Injektorzone ist die Injektor-Kontaktfläche 34 angebracht.The collector zone 14 of the first vertical NPN transistor is connected to the read line and the collector zone 20 of the fourth vertical NPN transistor connected to the write line. Of course, read and write lines can be interchanged. The read line is connected to the collector zone via contact 22, while the write line is connected to the Collector zone 20 is connected via contact 24. The collector zones 16 and 18 are via the contacts to the opposite Base zones connected. The injector contact surface 34 is attached to the injector zone.
Die vorstehend beschriebene Struktur arbeitet als Flipflop. Angenommen, daß der von der η-dotierten Schichtzone 6, der p-dotierten Zone 12 und der η-dotierten Kollektorzone 18 gebildete Transistor eingeschaltet ist. Dies wird zur Folge haben, daß der Basisstrom I von der p-dotierten Zone 8 abgezogen wird, natürlich unter der Voraussetzung, daß die inverse Stromverstärkung größer als 1 ist. Ist dementsprechend der gegenüberliegende NPN-Transistor eingeschaltet, so wird der Strom von der p-dotierten Zone 12 abgezogen. Die Struktur arbeitet demnach als Flipflop. Die außenliegenden Kollektorzonen 14 und 20 verkoppeln das Flipflop matrixweise mit den Lese-Schreib-Leitungen, wie bereits erwähnt wurde.The structure described above operates as a flip-flop. Assume that the of the η-doped layer zone 6, the p-doped zone 12 and the η-doped collector zone 18 formed Transistor is on. This will have the consequence that the base current I is subtracted from the p-doped zone 8, provided, of course, that the inverse current gain is greater than one. Accordingly, it is the opposite If the NPN transistor is switched on, the current is drawn from the p-doped zone 12. The structure works accordingly as a flip-flop. The outer collector zones 14 and 20 couple the flip-flop in a matrix with the read-write lines, as mentioned earlier.
Die Fig. 2 veranschaulicht die in Fig. 1 dargestellte Speicherzelle in einer wortorganisierten Matrix. Gleiche Zonen tragen gleiche Bezugsziffern. Bei dieser Auslegung sind alle Speicherzellen, die zu einem gemeinsamen Wortleitungspaar (W und W ) gehören, in einen gemeinsamen isolierten η-dotierten Streifen eingesetzt. Außerdem sind zwei ρ -dotierte Isolationszonen und 38 gezeigt. Durch diese Zonen wird eine Isolation zwischen benachbarten Wortender Matrix bewirkt. Die W_-Leitung ist einfach der gemeinsame η-dotierte Streifen zwischen den vorstehend erwähnten Isolationszonen, während die W -Leitung als Metallstreifen ausgebildet ist, der während eines zweiten Metallisierungsprozesses aufgebracht wird. Die W -Leitung verbindetFIG. 2 illustrates the memory cell shown in FIG. 1 in a word-organized matrix. The same zones have the same reference numbers. With this design, all storage cells belonging to a common word line pair (W and W) into a common isolated η-doped strip used. In addition, two ρ-doped isolation zones 38 and 38 are shown. These zones create an isolation between adjacent words of the matrix. The W_ line is simple the common η-doped strip between the above-mentioned isolation zones, while the W line as a metal strip is formed during a second metallization process is applied. The W line connects
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alle n-dotiertenEmitter eines einzelnen Wortes. Die Lese-Schreib-Transistoren werden mit einem metallischen Lese-Schreib-Leitungspaar verbunden, welches senkrecht zu den η-dotierten Streifen verläuft. Es ist offensichtlich, daß die W -Leitungen die Lese- und Schreib-Leitungen kreuzt, was ein Aufbringen der W -Leitung während eines zweiten Metallisierungsprozesses erforderlich macht. Aus der Fig. 2 ist ebenfalls ersichtlich, daß die p-dotierten Injektoren einen beträchtlichen Raumbedarf fordern.all n-doped emitters of a single word. The read-write transistors are connected to a metallic read-write line pair, which is perpendicular to the η-doped strips runs. It is obvious that the W lines carry the reading and write lines cross, which requires an application of the W line during a second metallization process power. From Fig. 2 it can also be seen that the p-doped injectors require a considerable amount of space.
Es ist einzusehen, daß die Notwendigkeit für einen zweiten Metallisierungsprozeß entfällt und sich eine kompaktere Speicherzelle ergibt, falls die lateralen p-dotierten Injektoren vertikal angeordnet werden könnten und die W -Leitung unterhalb der η-dotierten epitaxial erzeugten Zwischenschicht angebracht werden könnte.It will be appreciated that the need for a second metallization process is eliminated and a more compact memory cell is obtained results if the lateral p-doped injectors could be arranged vertically and the W line below the η-doped epitaxially generated intermediate layer could be attached.
Durch öffnen der epitaxial erzeugten η-dotierten Zwischenschicht wird eine vertikale PNP-Transistorwirkung möglich. In der N Zwischenschicht sind gemäß Fig. 3 fensterförmige Teilzonen 42 und 44 geöffnet. Wieder ist der rechte Teil des Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien A-A der Fig. 4, während der linke Teil der Fig. 3 die Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 4 bedeutet. Die Struktur enthält nunmehr zwei vertikal wirksame NPN-Transistoren. Der erste enthält die als Kollektor wirksame Zone 8, die als Basiszone wirksame Schichtzone 6 und die als Injektorzone wirksame Substratzone 40. Die Substratzone 40, welchen nunmehr der Emitter des vertikalen PNP-Transistors ist, zeigt nun den P -Leitungstyp. Die übrige Struktur ist ähnlich derjenigen der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die gemeinsame Injektorzone 10 der Fig. 1 zum Fortfall kommt.By opening the epitaxially generated η-doped intermediate layer a vertical PNP transistor effect becomes possible. In the N intermediate layer, according to FIG. 3, there are window-shaped sub-zones 42 and 44 open. Again the right part of Fig. 3 is a cross-sectional view along section lines A-A of Fig. 4, while the left part of FIG. 3 means the sectional view along the line B-B of FIG. The structure now contains two vertically effective NPN transistors. The first contains the zone 8 that acts as a collector, the layer zone that acts as the base zone 6 and the substrate zone 40, which acts as an injector zone. The substrate zone 40, which is now the emitter of the vertical PNP transistor is now showing the P line type. The rest of the structure is similar to that of Fig. 1 with the exception that the common injector zone 10 of FIG. 1 is eliminated.
Die Verdrahtung der Speicherzelle gemäß der Fig. 1 in einer wortorganisierten Matrix zeigt die Fig. 4. Gleiche Zonen wurden mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Die gestrichelten Teil-The wiring of the memory cell according to FIG. 1 in a word-organized matrix is shown in FIG. 4. Identical zones were created denoted by the same reference numbers. The dashed part
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Fl 923 . - Aung San U - 3Fl 923 . - Aung San U - 3
zonen 42 und 44 in Fig. 4 entsprechen den Fenstern durch die η -leitende Zwischenschicht der Fig. 3. Es ist zu beachten, daß die öffnungen in der Zwischenschicht den toten Raum der Zellen (Raum zwischen den Kollektorzonen 14 und 16 und Raum zwischen den Kollektorzonen 18 und 20) einnehmen, so daß ihnen ein zusätzlicher Raum nicht zugeteilt werden muß. Ferner wurde der Raum, der von den lateralen p-dotierten Injektorzonen der Fig. 2 eingenommen wurde,zum Fortfall gebracht, folglich er gab sich eine größere Packungsdichte. Die W^-Leitung ist nun mehr die ρ -leitende Substratzone 40, wie die Fig. 3 zeigt; ein zweiter Metallisierungsprozeß ist daher nicht mehr er forderlich. Ferner ist zu bemerken, daß die Verdrahtung die elektrische Verbindung vereinfacht; d. h., daß der Kontakt 32 in unmittelbaren Nähe des Kontaktes 30 und der Kontakt 26 in unmittelbarer Nähe des Kontaktes 28 liegt. Im Ergebnis über kreuzen sich weder - die für die Verbindung der zuständigen Zonen vorgesehenen metallischen Zwischenverbindungen noch die Zwischenverbindungen, welche die Lese/Schreib-Schreib/Lese- Leitungen bilden, so daß die Herstellung während eines einzelnen Metallisierungsprozesses möglich ist. Da außerdem die als Injek torzonen wirksamen Teilzonen 42 und 44 der vertikalen PNP-Tran- sistoren unterhalb des freien Raumes der Zonen 8 und 12 liegen, ist die Wechselwirkung der vertikalen PNP-Transistoren mit den anderen aktiven Schaltungselementen auf ein Mindesmaß gebracht worden. . zones 42 and 44 in Figure 4 correspond to the windows by the η -type intermediate layer of FIG. 3. It should be noted that the openings in the intermediate layer the dead space of the cell (space between the collector regions 14 and 16 and the space between the Occupy collector zones 18 and 20) so that they do not have to be allocated an additional space. Furthermore, the space which was taken up by the lateral p-doped injector zones in FIG. 2 was eliminated, and consequently there was a greater packing density. The W ^ line is now more the ρ -conducting substrate zone 40, as FIG. 3 shows; a second metallization process is therefore no longer required. It should also be noted that the wiring simplifies the electrical connection; that is, the contact 32 is in the immediate vicinity of the contact 30 and the contact 26 is in the immediate vicinity of the contact 28. As a result , neither the metallic interconnections provided for connecting the responsible zones nor the interconnections which form the read / write / write / read lines cross, so that production is possible during a single metallization process. Since, in addition, the sub-zones 42 and 44 of the vertical PNP transistors, which are effective as injector zones, lie below the free space of zones 8 and 12, the interaction of the vertical PNP transistors with the other active circuit elements has been reduced to a minimum .
Die Fig. 5 zeigt ein Querschnittsansicht eines weiteren be- Fig. 5 shows a cross-sectional view of a further loading
2 kannten Typs einer I L-Speicherzelle. Die Zelle enthält zwei über Kreuz gekoppelte NPN-Transistoren, die sich eine Injektor zone 58 teilen. Wie bei dem bereits beschriebenen bekannten Typ, ist eine η -dotierte Zwischenschicht 48 in die p-dotierte Substratzone 46 eindiffundiert worden, über die Zwischenschicht 48 ist in ähnlicher Weise eine η-dotierte epitaxialgewachsene Schichtzone 50 aufgebracht worden. Der erste Transistor ent- 2 known type of an I L memory cell. The cell contains two cross-coupled NPN transistors that share an injector zone 58. As with the previously described known type, an η doped intermediate layer 48 in the p-doped substrate region has been diffused 46, via the intermediate layer 48 is a η-doped zone epitaxialgewachsene layer 50 has been applied in a similar manner. The first transistor
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hält die η-dotierte Kollektorzone 56, die als Basiszone wirksame p-dotierte Zone 54 und die als Emitterzone v/irksame Schichtzone 50. Der zweite Transistor enthält die η-dotierte Koilektorzone 62, die als Basiszone wirksame p-dotierte Zono 60 und die als Emitterzone wirksame η-dotierte Schichtzone 50. Diese überkreuz gekoppelten Transistoren werden invers betrieben, wobei die η-dotierte Epitaxschicht als Emitterzone beider Transistoren wirkt. Der Basisstrom ergibt sich aus Miniortätsladungsträger, die aus der p-dotierten Injektorzone 58 in die epitaxial gewachsene Schichtzone 5O injiziert werden und im wesentlichen von den angrenzenden als Basiszonen wirksamen p-dotierten Zonen 54 und 60 gesammelt werden. Als Folge der nahezu symmetrisch ausgebildeten Struktur sind beide Ströme etwa gleich. Eine bistabile Betriebweise wird erreicht, falls die Stromverstärkung der invers betriebenen NPN-Transistoren größer als 1 ist. Die Struktur stellt somit einen Flipflop mit steuerbaren Konstantstromquellen dar. Diese Konstantstromquellen enthalten zwei laterale PNP-Transistoren, deren gemeinsame Basiszonen.mit den gemeinsamen Emitterzonen der vertikalen NPN-Transistoren gekoppelt sind und deren Kollektorzonen an den Basiszonen der entsprechenden NPN-Transistoren (p-dotierte Zonen 54 und 60) liegen.holds the η-doped collector zone 56, which acts as the base zone p-doped zone 54 and the layer zone 50 that acts as emitter zone. The second transistor contains the η-doped coil zone 62, the p-doped zone 60 effective as the base zone and the η-doped layer zone 50 effective as the emitter zone. These cross over coupled transistors are operated inversely, with the η-doped epitaxial layer as the emitter zone of both transistors works. The base current results from miniature charge carriers that have grown from the p-doped injector zone 58 into the epitaxially grown one Layer zone 5O are injected and essentially p-doped from the adjacent p-doped zones, which act as base zones Zones 54 and 60 are collected. As a result of the almost symmetrical structure, both currents are approximately the same. A bistable Operating mode is achieved if the current gain of the inversely operated NPN transistors is greater than 1. the Structure thus represents a flip-flop with controllable constant current sources. These constant current sources contain two lateral PNP transistors whose common base zones with the common emitter zones of the vertical NPN transistors are coupled and their collector zones to the base zones of the corresponding NPN transistors (p-doped zones 54 and 60) are located.
Zur Ergänzung dieses Flipflop-Bauelementes zu einer Speicherzelle werden zwei äußere p-dotierte Zonen 52 und 64 hinzugefügt, welche zur Ankopplung der Lese/Schreib-Leitungen dienen. Die Leitungen werden an die Kontaktflächen 82 bzw. 70 angeschlossen. Die Kollektorzone 56 wird über den Konakt 80 und den Kontakt 72 mit der als Basiszone verwendeten Zone 60 verbunden. Die Kollektor zone 62 wird über die Kontaktflächen 74 und 78 mit der als Basiszone wirksamen Zone 54 kontaktiert.To complement this flip-flop component to a memory cell two outer p-doped zones 52 and 64 are added, which serve to couple the read / write lines. The lines are connected to the contact surfaces 82 and 70, respectively. The collector zone 56 is connected to the zone 60 used as the base zone via the contact 80 and the contact 72. The collector zone 62 is contacted via the contact surfaces 74 and 78 with the zone 54, which acts as the base zone.
Um einen zweiten Metallisierungsprozeß bei diesem Zellentyp überflüssig zu machen, ist die Zelle gemäß der zweiten derA second metallization process for this type of cell to make superfluous is the cell according to the second of the
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einleitend genannten Literaturstellen derart abgewandelt worden, daß die Lese/Schreib-Injektoren an angrenzenden Zellen der gleichen Wortleitung teilnehmen. Aufgrund der mehrfachen Aufgaben der Lese/Schreib-Injektoren erfordert dies jedoch eine komplizierte Decodierungstechnik.literature references mentioned in the introduction have been modified in such a way that the read / write injectors on adjacent cells participate in the same word line. However, because of the multiple tasks of the read / write injectors, this requires one complicated decoding technique.
Die Anwendung der Ausbildung von vertikal wirksamen Injektorzonen nach der Erfindung macht eine neuartige Speicherzelle möglich, welche die exclusive Lese/Schreib-Fähigkeit behält, wobei nur eine einfache Decodierung und nur ein einziger Metallisierungsprozeß erforderlich sind. Der Speicherzelle ist außerdem eine verbesserte Betriebsweise aufgrund geringerer Parasitäreffekte zu eigen.The use of the formation of vertically effective injector zones according to the invention makes a novel storage cell possible, which retains the exclusive read / write capability, with only one simple decoding and only one Metallization process are required. The memory cell is also improved in operation due to lower Parasitic effects own.
Die Figuren 6a und 6b sind Querschnittsansichten entlang den Schnittlinien A-A bezw. B-B der Fig. 7, die einen zweiten ver-Figures 6a and 6b are cross-sectional views along the section lines A-A, respectively. B-B of Fig. 7 showing a second variant
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besserten Typ einer I L-Speicherzelle nach der Erfindung zeigen, in der von einer vertikalen PNP-Injektion gebrauch gemacht wird.
Es ist zu sehen, daß die in Fig. 5 gezeigte gemeinsame Injektorzone zum Fortfall gekommen ist. Es sind ferner fensterartige
Teilzonen 84 und 86 in der η -dotierten Zwischenschicht 4 8 unter den als Basiszonen wirksamen Zonen 54 bzw. 60 vorgesehen.2
show an improved type of IL memory cell according to the invention in which vertical PNP injection is used. It can be seen that the common injector zone shown in FIG. 5 has ceased to exist. Furthermore, window-like sub-zones 84 and 86 are provided in the η -doped intermediate layer 48 below the zones 54 and 60 which act as base zones.
Der erste vertikale PNP-Transistor weist die als Kollektorzone wirksame Zone 54, die als Basiszone wirksame Schichtzone 50 und die als Injektorzone wirksame Substratzone 46 auf. Der zweite vertikale PNP-Transistor umfaßt die als Kollektorzone wirksame Zone 60, die als Basiszone wirksame Schichtzone 50 und die als Emitterzone wirksame Substratzone 46. Alle weiteren Zonen sind die gleichen wie die der Fig. 5 und werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet. Diese vergleichbaren Zonen vervollständigen die obenbeschriebe Anordnung und betreffen vertikale NPN-Transist.oren und laterale PNP-Transistoren.The first vertical PNP transistor has the zone 54 that acts as the collector zone and the layer zone 50 that acts as the base zone and the substrate zone 46, which acts as an injector zone. The second vertical PNP transistor includes that as a collector region effective zone 60, the layer zone 50 effective as the base zone and the substrate zone 46 effective as the emitter zone. All others Zones are the same as those of Fig. 5 and are denoted by the same reference numerals. These comparable zones complete the arrangement described above and relate to vertical NPN transistors and lateral PNP transistors.
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Die Verschaltung dieser bistabilen Speicherzelle mit lateralen und vertikalen Injektoren (LVI) zeigt die Fig. 7. Vergleichbare Zonen wurden mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die gemeinsame Injektorzone der Fig. 5 kam, wie bereits erwähnt, zum Fortfall, wodurch eine Speicherzelle erhalten wurde, welche zumindest eine Dichte aufweist, die mit der Speicherzelle vergleichbar ist, wie sie in der zweiten der obengenannten Literaturstellen beschrieben wird. Da ferner die gemeinsame Injektorzone entfällt, ist eine leichtere Decodierung möglich und es ist einfacher, parasitäre Einflüsse zu vermindern. Da die neuartige Speicherzelle mit lateraler-vertikaler Injektion (LVI) allenfalls den gleichen Raum wie die vorstehend beschriebene bekannte Speicherzelle einnimmt, sind größere Abmessungen der aktiven Komponente möglich, was eine verbesserte Ausbeute ergibt. Wiederum entfällt die Notwendigkeit für einen zweiten Metallisierungsprozeß, da die W -Leitung das ρ -dotierte Substrat ist. Schließlich erleichtert die Auslegung die vereinfachte elektrische Verschaltung; d. h., die Kontaktfläche 74 ist der Kontaktfläche 78 und der Kontakt 72 dem Kontakt benachbart. Die Verbindung zwischen diesen Kontakten bzw. Kontaktflächen beeinflußt nicht die Lese/Schreib-Leitungen, wie die Fig. 7 veranschaulicht. Es ist daher lediglich ein einziger Metallisierungsprozeß zur Herstellung der erforderlichen Metallverbindungen und der Lese/Schreib-Schreib/Lese-Metallverbindungen erforderlich.The interconnection of this bistable memory cell with lateral and vertical injectors (LVI) is shown in FIG. 7. Comparable Zones have been given the same reference numerals. The common As already mentioned, the injector zone of FIG. 5 was omitted, as a result of which a memory cell was obtained which has at least a density that is comparable to the memory cell, as in the second of the above-mentioned references is described. Furthermore, since the common injector zone is omitted, easier decoding is possible and it is easier to reduce parasitic influences. Since the novel memory cell with lateral-vertical injection (LVI) at most occupies the same space as the known memory cell described above, the larger dimensions of the active component possible, which results in an improved yield. Again there is no need for a second one Metallization process, since the W -line is the ρ -doped substrate. Finally, the design facilitates the simplified one electrical interconnection; d. That is, the contact surface 74 is the contact surface 78 and the contact 72 is the contact adjacent. The connection between these contacts or contact surfaces does not affect the read / write lines like the Fig. 7 illustrates. It is therefore only a single metallization process to produce the required metal connections and the read / write-write / read metal connections necessary.
Es sollte erwähnt werden, daß die I L-Speicherzellen gemäß den Figuren 3, 6a und 6b unter Anwendung von Standartprozessen hergestellt werden können, die den Halbleiterfachmann bekannt sind. Im Hinblick auf die Fig. 3 wird beispielsweise die Substratzone 40 mit einer Oxidschicht versehen und die Oxidschicht unter Anwendung herkömmlicher Maskierungs- und Ätzverfahren dort entfernt, wo die subepitaxiale L -Diffusion erforderlichIt should be noted that the I L memory cells according to FIGS Figures 3, 6a and 6b can be fabricated using standard processes known to those skilled in the art of semiconductors. With regard to FIG. 3, for example, the substrate zone 40 is provided with an oxide layer and the oxide layer removed where subepitaxial L diffusion is required using conventional masking and etching techniques
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ist. Dann wird das N -Dodierungsmittel in die freigelegten Bereiche des Substrats eindiffundiert. Nach Entfernung der verbleibenden Oxidschicht wird anschließend epitaktisch die Schichtzone 6 auf das Substrat mit den darin diffundierten N -Zone aufgebracht und die epitaktisch erzeugte Schichtzone mit einer zweiten Oxidschicht versehen. In der zweiten Oxidschicht werden dann Fenster geöffnet, durch die zu Inolationszwecken P -Dodierungen diffundiert werden können. is. Then the N -dododing agent is diffused into the exposed areas of the substrate. After the remaining oxide layer has been removed, the layer zone 6 is then epitaxially applied to the substrate with the N-zone diffused therein and the epitaxially produced layer zone is provided with a second oxide layer. Windows are then opened in the second oxide layer through which P -Dodings can be diffused for insulation purposes.
In einer dritten Oxidschicht werden Fenster zur Durchführung der erforderlichen Basisdiffusion geöffnet und durch öffnungen in einer anschließend hergestellten vierten Oxidschicht die übrigen diffundierten Zonen hergestellt. Zur Erzeugung des erforderlichen Metallniederschlags wird eine fünfte Oxidschicht- mit öffnungen darin verwendet. -Es soll wiederholt v/erden, daß die obengenannten Prozesse unter Anwendung herkömmlicher Maskierungs- und Ätztechniken durchgeführt werden.In a third oxide layer, windows are opened to carry out the required basic diffusion and the remaining diffused zones are produced through openings in a fourth oxide layer that is subsequently produced. A fifth oxide layer with openings in it is used to generate the required metal deposit. It should be reiterated that the above processes are performed using conventional masking and etching techniques.
5 Patentansprüche
3 Blatt Zeichnungen5 claims
3 sheets of drawings
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Claims (5)
Monolithisch integrierte I L-Speicherzelle, die über eine Lese-Schreib- und eine Schreib-Lese-Leitung angesteuert wird, mit zwei über eine Injektorzone stromversorgte Planartransistoren, welche mindestens je eine an der Halbleiteroberfläche liegende Kollektorzone aufweisen, von denen die Kollektorzone jedes einen der beiden Planartransistoren überkreuz mit der Basiszone des anderen galvanisch verbunden ist, sowie mit Basiszonen des einen Leitungstyps, die in die Oberfläche einer Schichtzone des anderen Leitungstyps auf einer Substratzone des einen Leitungstyps eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorzone in Form zweier Teilzonen (42, 44; 84, 86) der Substratzone (40, 46) ausgebildet ist, in die an der Grenzfläche zur Schichtzone (6, 50) eine Zwischenschicht (4, 4 8) eingesetzt ist, durch die sich die Teilzonen (42, 44; 84, 86) unterhalb der Basiszone (8, 12; 54, 60) neben den Kollektorzonen (14, 16, 18, 20; 54, 60) bis zur Schichtzone ( 6, 50) erstrecken.2
Monolithically integrated I L memory cell, which is controlled via a read-write and a write-read line, with two planar transistors supplied with power via an injector zone, each of which has at least one collector zone located on the semiconductor surface, of which the collector zone each has one of the two planar transistors are cross-galvanically connected to the base zone of the other, and to base zones of the one conductivity type which are inserted into the surface of a layer zone of the other conductivity type on a substrate zone of the one conductivity type, characterized in that the injector zone is in the form of two sub-zones (42, 44; 84, 86) of the substrate zone (40, 46), into which an intermediate layer (4, 48) is inserted at the interface with the layer zone (6, 50), through which the sub-zones (42, 44; 84 , 86) extend below the base zone (8, 12; 54, 60) next to the collector zones (14, 16, 18, 20; 54, 60) up to the layer zone (6, 50).
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